基于分布式参数电路模型检测电缆故障

“十二五”期间，国家将投巨资进行电网升级改造，如何做到迅速查找电缆故障点并予以修复，是智能电网建设的一项重要内容。
　电缆在运行过程中，易受砸、压、碰以及有害物质的腐蚀，发生漏电、短路、断线等故障。电缆的故障是电力系统安全运行的薄弱环节，因电缆断路、短路引发的各类重大事故的案例屡见不鲜。另外，电缆铺设具有隐蔽性，传输距离较长，查找故障点十分困难。
　本文利用电力电缆的分布式参数特征，在反射法基础上，以SoPC为硬件，设计了一种电力电缆故障点检测系统，及时发现并定位电力电缆故障，提高现场故障判断的准确性、快速性，对于用电安全具有重要意义，应用前景广泛。
1 分布参数模型检测电缆故障点原理
　为检测电缆故障类型及其位置，在电缆上发送的信号波长远小于电缆长度，即可把电缆看成分布参数模型[1]，若电缆分布式参数沿线均匀，则电缆上信号电压通解为：

　利用长线终端开路、短路等不同情况，反射系数也不同，来判断故障类型，进而判断故障点大致位置。

　比较图1和图2可以发现，信号电压和电流峰值位置不同，阻抗的性质也不同，将反射信号波形显示出来，通过波形可判断故障性质。
利用信号的传播速度，测出发送、接收信号的时间差Δt，即可通过L=ν·Δt/2，计算出故障点位置。其中，ν为发射信号的传播速度。
2 电缆故障点检测设备的硬件架构
　以SoPC为硬件，电缆故障点检测系统的硬件架构如图3所示。NiosⅡ软核CPU及各种所需的外设均通过SoPC Builder集成在一片FPGA中[3]，构成本系统所需硬件的可重构部分，实现真正的可编程片上系统。为了在低成本情况下完成预定功能，选择了Cyclone FPGA系列器件中的EP1C6。EP1C6无论是从逻辑资源还是存储器均能满足设计要求。